Razkrivanje vloge celičnih konfliktov pri boleznih in razvoju
Konflikti so normalen del življenja. Izogibanje tem težavam in njihovo reševanje je pomembna veščina, ki jo pridobimo že zgodaj in jo vsakodnevno vadimo. "Konflikti pa niso le družbeni pojav med posamezniki," pravi koordinator projekta ConflictResolution Stephan Hamperl(opens in new window) iz centra Helmholtz München(opens in new window) v Nemčiji. "Pojavljajo se lahko tudi v našem telesu, v naših celicah."
Preučevanje konfliktov med transkripcijo in replikacijo
'Molekularni stroji' se na naših kromosomih sestavljajo na različnih mestih, da bi opravljali svoje namenske funkcije. Projekt ConflictResolution, ki ga je financiral Evropski raziskovalni svet(opens in new window), je bil zasnovan z namenom raziskati, kako se regulirata in usklajujeta dva od teh strojev, in sicer transkripcija za branje genskih informacij in replikacija DNK za podvajanje genoma. "Raziskave kažejo, da obstajajo mehanizmi za fizično ločevanje teh dveh bistvenih procesov in preprečevanje tako imenovanih konfliktov med transkripcijo in replikacijo (TRC)," dodaja Hamperl. "Vendar ta ločitev ni absolutna in nekatera področja genoma lahko štejemo za vroče točke, kjer se ta dva mehanizma pogosto srečujeta." Tako kot lahko napačno upravljanje družbenih konfliktov povzroči veliko škodo, enako velja tudi za celične konflikte. Konflikti med transkripcijo in replikacijo so zato pomemben vir nestabilnosti, ki lahko prispeva k nastanku raka, staranju in nevrološkim boleznim.
Razširitev nabora orodij za preučevanje celičnih konfliktov
Za boljše razumevanje tega pojava je Hamperl že prej izdelal poročevalski sistem za prepoznavanje specifičnih stikov med transkripcijskimi in replikacijskimi mehanizmi. V okviru projekta ConflictResolution je to tehniko uporabil kot izhodišče za podrobnejšo raziskavo vpliva teh stikov na integriteto DNK, s ciljem prepoznati beljakovine, ki so ključne za njihovo razreševanje. "ConflictResolution je razširil naš nabor orodij za preučevanje celičnih konfliktov v genomu raka dojke," pojasnjuje Hamperl. "Genomi raka kažejo nepravilne profile transkripcije in replikacije, ki lahko vodijo do nepredvidenih konfliktov med transkripcijo in replikacijo ter prispevajo k patološki transformaciji celic." V okviru projekta je bil vzpostavljen sistem za kartiranje mest teh trkov in ugotavljanje z njimi povezanih genetskih sprememb v celičnem modelu raka dojke. In vivo je bil ocenjen tudi prispevek konfliktov med transkripcijo in replikacijo v zgodnjem embrionalnem razvoju, da bi določili njihov prispevek k preoblikovanju celic pri razvoju in celični diferenciaciji.
Molekularni mehanizmi transkripcije in replikacije
Doseženi so bili številni pomembni dosežki. "Na primer, odkrili smo histonsko posttranslacijsko modifikacijo, imenovano metilacija H3K79, ki se nalaga na mestih TRC, kar lahko pomaga rešiti ta konflikt," pravi Hamperl. "Poleg tega smo identificirali skupno 88 novih faktorjev, ki se kopičijo na mestih TRC. Med njimi smo lahko podrobneje opredelili faktor, imenovan CGG-trinukleotidni ponavljajoči vezavni faktor 1 (CGGBP1), ki blaži genomsko destabilizirajoče strukture DNK in posledične TRC." Hamperl je tudi odkril, da pluripotentne celice – celice, ki se razvijejo v različne vrste celic ali tkiv – slabo usklajujejo mehanizme transkripcije in replikacije ter izražajo visoke ravni TRC. "To je molekularna značilnost, ki izgine po diferenciaciji celic v bolj specializirane vrste celic," pojasnjuje. "To kaže, da se različne vrste celic razlikujejo po sposobnosti obvladovanja TRC." Vse to je pomagalo potrditi, da so konflikti med transkripcijo in replikacijo pogost notranji vir genetske in epigenetske nestabilnosti, ter poudarilo pomen njihovega razreševanja za celično zdravje. Te ugotovitve bi lahko imele daljnosežne posledice. "Z analitičnimi orodji, razvitimi v okviru projekta ConflictResolution, lahko začnemo zapolnjevati ključno vrzel v našem znanju," dodaja Hamperl. "Zdaj lahko preučujemo molekularne mehanizme, ki usklajujejo transkripcijo z replikacijo, ter razkrijemo poti, po katerih TRC vplivajo na delovanje celic." To bi lahko znanstvenikom, kot je Hamperl, pomagalo bolje razumeti napredovanje bolezni in na koncu pripeljalo do novih terapevtskih pristopov.
